圆二色法研究铜离子存在下葛根素对牛血清白蛋白二级结构的影响

采用圆二色光谱法(CD)研究了Cu2+存在下葛根素(PUE)对牛血清白蛋白(BSA)二级结构的影响。结果表明,在pH 7.4的条件下,BSA的各种二级结构分别为56.3%α-螺旋,26.1%β-折叠,17.6%转角和无规则卷曲。葛根素和Cu2+-葛根素都能诱导BSA二级结构发生改变。葛根素使BSA的α-螺旋含量增加,β-折叠含量减少,这表明葛根素与BSA的相互作用,可使蛋白质分子的疏水作用增强,导致BSA的肽链结构收缩。Cu2+-葛根素使BSA的α-螺旋含量大幅度降低,β-折叠含量略有增加,这表明Cu2+-葛根素与BSA的相互作用以配位作用为主,使得BSA的肽链结构伸展,蛋白质的构象发生变化。     

温控分子动力学研究微管蛋白活性肽链的折叠机制

运用温控和常温分子动力学方法, 研究了微管蛋白活性部位Pep1-28肽链的折叠机制, 总模拟时间为380.0 ns. 对于温控分子动力学, 逐渐降温可以清晰显示Pep1-28肽链的折叠途径, 发生明显折叠的温度约为550 K, 其折叠和去折叠可逆机制为U(>1200 K)←→I1(1200-1000 K)←→I2(800 K)←→I3(600 K)←→I4(450 K)←→F1(400 K)←→F2(300 K), 其中U为去折叠态构象, I1、I2、I3和I4是折叠过程中的四个重要的中间态构象, F1和F2是两个结构相近的折叠态构象. 对于常温(300 K)分子动力学, 其构象转变和折叠过程相当迅速, 很难观察到有效、稳定的中间态构象. 尤其引人注意的是, 其折叠态结构陷入了能量局域极小点, 与温控(300 K)的有较大差异, 两者能量差高达297.53 kJ·mol-1. 可见, 温控分子动力学方法不仅清晰地显示多肽和蛋白质折叠过程的重要中间态构象, 为折叠和去折叠机制提供直接、可靠的依据, 而且还有助于跨越较高的构象能垒, 促使多肽和蛋白质折叠以形成全局能量最低的稳定结构.     

人类朊蛋白的动力学稳定性研究（英文）

朊蛋白病是一种能在人类或者动物之间传播的致命的神经退行性疾病.尤其是人类朊蛋白疾病在近几年蔓延迅速,已经威胁到人类的健康.在本文中,我们使用分子动力学(MD)和流体分子动力学(FMD)模拟相结合的方法研究了人类朊蛋白(hPrPc)的动力学稳定性.我们通过FMD模拟产生了两个典型的hPrPc的变性结构,并进一步研究了在自然状态下这两个变性结构重折叠的过程,从关键残基、二级结构、残基-残基相互作用图等方面详细讨论了hPrPc的解折叠和重折叠路径.研究发现hPrPc的三个α-螺旋结构组成了一个疏水核心,在蛋白质的解折叠和重折叠过程中发挥了重要的作用.刚性的疏水核心就像是脚手架一般为hPrPc的重折叠提供便利.在重折叠过程中,π-螺旋和310螺旋出现几率较高,并且β-折叠的延长也更多地出现在完全解折叠的hPrPc体系中.     

质子化作用对Aβ1—16单体结构特征和聚集机理的影响

利用副本交换分子动力学模拟研究了Aβ肽(β-Amyloid peptide)N末端部分Aβ1—16单体在pH为7.0,6.3及5.5水溶液状态下的结构特征以及聚集机理.通过建模确定了不同pH状态下Aβ1—16肽链的质子化位置(残基),通过模拟比较了不同酸性溶液状态下Aβ1—16单体的结构和能量变化.结果表明,在中性条件下,Aβ1—16单体保持自由卷曲结构,而在酸性状态下,其结构由最初的无序状态向有序状态转变,模拟过程中β-折叠结构会间歇性产生,预示着单体可以发生自聚集现象.本文所得结论,即酸性状态下的Aβ1—16单体质子化位及模拟过程中的结构变化,可用于酸性状态下金属离子与Aβ1—16可能的残基结合位及结合数量的有效预测和评估.     

海藻糖抑制淀粉质多肽42构象转变的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了海藻糖抑制淀粉质多肽42(Aβ42)构象转变的分子机理.结果表明,海藻糖溶液浓度对Aβ42构象转变具有非常重要的影响.在水和低浓度海藻糖溶液(0.18mol·L-1)中,Aβ42可由初始的α-螺旋结构转变成β-折叠的二级结构;但海藻糖浓度为0.37mol·L-1时即可有效抑制Aβ42的构象转变.这是因为海藻糖利用其优先排阻作用使水分子在多肽周围0.2nm内富集,而其自身却在距离多肽0.4nm的位置附近团聚.另外,海藻糖还可通过降低多肽间的疏水相互作用,减少多肽分子内远距离的接触,有效抑制多肽的疏水塌缩和构象转变.上述分子模拟的结果对于进一步合理设计阿尔茨海默病的高效抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

疏水蛋白在云母表面的吸附

采用分子动力学模拟方法研究了疏水蛋白(HFBI)在亲水云母表面的吸附过程.通过6组平行的分子动力学模拟得到了2种不同的稳定吸附结构,即通过N端和通过亲水的α螺旋与表面吸附,得到了5种吸附残基.进一步用自适应偏置力方法计算了所有吸附残基与表面的结合自由能.结果表明,残基Lys是吸附过程的关键残基,即当HFBI通过含有Lys残基的α螺旋与云母表面作用时,其吸附构象最稳定.静电作用是吸附过程的主要驱动力.在该吸附结构中,HFBI的疏水面暴露在溶液中,有效降低了云母表面的润湿性.     

核磁共振波谱对大米脱水素K片段在模拟膜中的结构研究

脱水素是一类植物抗逆相关蛋白,可帮助植物抵抗干旱、低温、盐碱等环境胁迫。富含赖氨酸的K片段是脱水素中的保守功能片段,在低温保护和膜保护功能中起至关重要的作用。目前,脱水素及K片段的作用机理仍不完全清楚。本研究采用圆二色谱(CD)和核磁共振波谱(NMR)方法及分子动力学模拟计算研究了具有抗菌活性的大米脱水素K片段在模拟膜中的三维结构及其与膜的结合方式。圆二色谱研究表明,水中呈现无规卷曲构象的K片段在模拟膜中会形成α-螺旋结构。核磁共振结构研究进一步证实了K片段在模拟膜中的空间结构,即中间部分形成了两亲性的α-螺旋结构,其中,疏水残基位于螺旋结构的一面,亲水残基位于螺旋结构的另一面。扩散排序(DOSY)核磁共振实验表明,K片段与膜在水溶液中形成了稳定的结合体;顺磁性探针检测表明,整个K片段插入膜中,其中疏水面朝向模拟膜的疏水核,其它部分朝向模拟膜亲水表层。本研究得到的K片段在模拟膜中的精细结构为理解环境胁迫下K片段及脱水素与膜的作用机理提供了重要信息。     

自组装小肽RADA16-1的构象研究

研究自组装小肽RADA16-1的稳定构象具有一定挑战性,为了解决这个问题,分别利用经典分子动力学(MD)模拟方法和温度副本交换分子动力学(REMD)模拟方法进行对比研究.采用CHARMM力场参数,研究小肽RADA16-1在生理温度310 K左右的稳定构象.其中利用REMD完成26 ns时长水溶性小肽RADA16-1的模拟,利用MD完成3次160 ns时长小肽的模拟.之后,对比分析了RADA16-1小肽能量、氢键、回转半径(RGYR)和溶剂可及表面积(SASA)的变化特征.通过模拟结果的对比,发现REMD计算较MD计算能够使用更少的计算量搜索到相对明确的稳定构象信息,从而通过对能量、氢键、RGYR和SASA的结果分析,确定疏水作用和氢键相互作用共同稳定小肽的空间构象.     

天花粉蛋白的化学 Ⅵ.用激光拉曼光谱研究天花粉蛋白的二级结构

由天花粉蛋白的水和重水溶液的激光拉曼光谱,测得酰胺Ⅲ谱带1240cm~(-1)和酰胺I谱带1632,1660cm~(-1)对CH_2弯曲模式1448cm~(-1)的强度比值。按Lippert等建立的方程组作定量计算,求得天花粉蛋白的二级结构含量为α-螺旋43.5％,β-折叠31.3％和无序25.2％,它们与4 分辨率天花粉蛋白单晶X射线衍射法的结果相一致。同时,研究了上述溶液的冻干粉状固体的二级结构,经过冻干,使其中约10％的β-折叠转变成无序构象,而α-螺旋含量无明显变化。在水溶液中,由测得的I_(850)/I_(830)比值计算,天花粉蛋白中的酪氨酸残基约有80％呈“暴露式”。     

残基突变对P53-DNA结合域肽段构象影响的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟方法研究了R249S、R248W 和G245S 突变对P53-DNA 结合域肽段(残基230-258)结构的影响. 采用GROMACS 软件包和GROMOS 43A1分子力场, 分别对野生型wtP53肽段、单点突变型P53-R249S肽段、两点突变型P53-R249S/R248W肽段和三点突变型P53-R249S/R248W/G245S肽段进行了4组独立的分子动力学模拟, 每组体系模拟时间为500 ns. 研究结果表明: R249S单残基突变影响肽段残基形成二级结构的情况, 但不改变肽段三维结构的模式, 同时使该肽段结构相对稳定; R249S和R248W两残基同时突变会加剧R249S突变对肽段的影响, 同时导致三维结构发生较大变化, 构象弯曲呈现双turn 结构, 肽段稳定性进一步增大; G245S突变对肽段的影响与R249S和R248W同时突变对其结构的影响相反, 在两残基突变的基础上, G245S突变会使原突变引起的变化减弱甚至消失, 同时使得该肽段结构稳定性减小. 该研究对认识肿瘤致病分子机制和设计新药物有重要意义.     

光谱学结合分子动力学研究秋水仙碱与血红蛋白之间相互作用机制

本文通过分子光谱、分子对接以及分子动力学模拟等技术手段探究了秋水仙碱与血红蛋白(Hb)之间相互作用的模式与机制。分子光谱和非辐射能量转移理论研究结果表明秋水仙碱通过范德华力与Hb结合,并导致Hb的构象发生改变。分子对接和分子动力学研究发现秋水仙碱在Hb的中央空腔与其形成稳定的复合物,并导致Hb的结构变得紧密,从而驱动Hb二级结构中的α-螺旋、β-转角、弯曲、无规则卷曲等结构的含量发生显著变化。Hb的某些氨基酸残基如:Trp37(β2)、Ala130(α2)、Pro90(α1)、Thr137(α1)、Tyr35(β2)等在它们结合的过程中发挥着至关重要的作用。实验数据和模拟研究结果相互印证,为进一步揭示秋水仙碱在生物体内的作用机制提供重要信息和参考依据。     

Cu2+与烟草多酚氧化酶相互作用研究

本文通过酶活性测定,荧光光谱和紫外光谱研究了外加Cu2+与烟草多酚氧化酶(简称PPO)的相互作用。结果表明,微量铜的加入能增加酶的活性,犤Cu2+犦/犤PPO犦为0.20左右时酶活性最大,犤Cu2+犦/犤PPO犦为0.91时,Cu2+开始表现出对PPO活性的抑制;Cu2+对PPO内源荧光的猝灭机制属于形成络合物所引起的静态猝灭,猝灭常数Ksv为8.0375×103L·mol-1;Cu2+的加入使PPO蛋白质分子构象发生变化,α-螺旋含量增加,多肽链及Trp和Tyr残基的芳杂环进一步向分子内收缩,疏水基团之间的疏水作用增强。     

Z_(Aβ3)和Aβ_(16–40)亲和作用的分子机理解析

淀粉样多肽(amyloid-βpeptide,Aβ)聚集是引起阿尔兹海默症(Alzheimer's disease,AD)的主要原因。开发Aβ聚集抑制剂是治疗AD的最有效手段之一。利用噬菌体展示技术筛选出来的Z_(Aβ3)蛋白质能够有效抑制Aβ聚集,但Z_(Aβ3)和Aβ之间的作用区域和关键氨基酸残基尚不清楚。针对此问题,本研究利用分子动力学模拟、MM-PBSA自由能计算和分解方法研究了Z_(Aβ3)-Aβ_(16–40)复合物之间的相互作用机制。结果表明,Z_(Aβ3)的β-股和Aβ_(16–40)之间的亲和作用占主导,而Z_(Aβ3)的α-螺旋贡献很小。利用分子力学-帕松波尔茨曼溶剂可及化表面积方法(MM-PBSA)自由能分解发现Z_(Aβ3)的热点残基为E15、I16、V17、Y18、L19、P20、N21和L22,而Aβ_(16–40)的热点残基为F19、F20、A21、E22、D23、K28、I31、I32、G33、L34、M35、V36、G38和V40。Z_(Aβ3)通过将发夹型Aβ单体包埋在α-螺旋围成的疏水性腔体内来阻碍Aβ聚集。这种结合模式为设计高效的Aβ蛋白质类抑制剂提供了三个基本要素:高亲和性的结合片段(β-股)、附属结构(α-螺旋)和通过二硫键形成的稳定构象。高亲和性结合片段能竞争性地与Aβ单体结合,附属结构α-螺旋可以阻碍其它Aβ单体靠近,而稳定的构象是上述两种要素发挥作用的基础,三者协同作用可以有效地抑制Aβ聚集。     

莲藕多酚氧化酶与底物或抑制剂相互作用的光谱学研究

本文研究了纯化的莲藕多酚氧化酶(PPO)与底物和抑制剂相互作用时的二级结构变化。园二色谱分析表明莲藕PPO主要含有α-螺旋和β-折叠结构。与抑制剂作用后,莲藕PPO活性显著降低,同时伴随其二级结构中α-螺旋结构明显减少,表明莲藕PPO的活性中心可能位于α-螺旋结构中。荧光分析表明,莲藕PPO与邻苯三酚(pyrogallic acid,PA)作用后,酪氨酸残基荧光强度略有降低,λmax位移不明显,色氨酸残基荧光强度略有降低,λmax红移2 nm;而与莲藕多酚(Lotus root polyphenol,LRP)作用后,莲藕PPO分子中酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)残基荧光强度显著提高,且其最大发射波长分别蓝移6nm和红移5nm。当加入异Vc钠后,Tyr和Trp残基最大发射峰显著红移,说明Trp和Tyr残基位于一定的疏水环境对维持PPO催化活性的优势构象至关重要。     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

天花粉蛋白的化学VI.用液光拉曼光谱研究天花粉蛋白的二级结构

由天花粉蛋白的水和重水溶液的激光拉曼光谱,测得酰胺III谱带1240cm[-1]和酰胺I谱带1632,1660cm[-1]对CH2弯曲模式1448cm[-1]的强度比值,按Lippert等建立的方程组作定量计算,求得天花粉蛋白的二级结构含量为α-螺旋43.5%,β-折叠31.3%和无序25.2%,它们与4A分辨率天花粉蛋白单晶X射线衍射法的结果相一致,同时,研究了上述溶液的冻干粉状固体的二级结构,经过冻干,使其中约10%的β-折叠转变成无序构象,而α-螺旋含量无明显变化,在水溶液中,由测得的I850/I830比值计算,天花粉蛋白中的酪氨酸残基约有805呈"暴露式"。     

HPHIC固定相对脲变α-糜蛋白酶复性的影响

依据计量置换保留理论所得到的参数lgI, 来测定不同构象态α-糜蛋白酶(α-Chy)在两种不同高效疏水相互作用色谱(HPHIC)固定相表面的折叠自由能, 发现脲变α-Chy在HPHIC固定相表面获取的折叠自由能比溶液中的高很多, 不同HPHIC固定相表面为脲变α-Chy提供不同的折叠自由能, 且都随变性剂脲浓度的增大而增大;通过对不同HPHIC色谱柱后复性α-Chy的比活测定, 还发现脲变α-Chy的复性效率与其从固定相表面的折叠自由能有关, 同一构象的α-Chy从固定相表面得到的折叠自由能越高越有利于其折叠成天然蛋白质.     

β-模拟肽的构象限制在药物设计中的应用

传统肽类药物在体内环境下易水解,具有不稳定性,以β-氨基酸为基本单位的β-肽相比传统的α-肽,药代动力学参数更加良好,因此蕴藏更大的药物开发价值。β-氨基酸构象限制后,可发展为β-模拟肽。构象限制的目的是使β-模拟肽链趋向于形成固定的二级结构,按特定方式折叠,最终具备理想的三维空间结构,嵌合于特定的酶和受体,从而提高目标肽的生物活性和代谢稳定性。本文主要综述β-模拟肽局部修饰和肽链整体环化的构象限制方法以及限制后生物活性或物理化学参数的变化,以此为β-肽类药物的设计原则和方法提供指导,减少设计盲目性。     

17α-乙炔基雌二醇与人血清白蛋白的作用机制研究EI北大核心CSCD

运用多种光谱方法结合分子模拟技术研究了17α-乙炔基雌二醇(EE2)与人血清白蛋白(HSA)的结合机制。结果表明,EE2通过静态猝灭机制与HSA形成基态复合物,EE2主要结合在HSA亚域IIA的Site I位点,并与氨基酸残基Lys195,Lys199,His288和His242发生作用。25℃下EE2与HSA的结合常数为6.85×10^(4)L/mol,氢键和疏水相互作用为该结合的主要驱动力。巯基含量的增加和α-螺旋含量的减少表明EE2的结合使HSA的二级结构变得伸展。分子动力学模拟进一步阐明了EE2的结合对HSA结构稳定性的影响。     

最短α-螺旋的理论研究

在B3LYP/6-31+G**水平下的溶剂中优化得到4个残基长和5个残基长的α-螺旋. 计算得到的骨架构象与蛋白质晶体结构的统计结果符合得很好. 类似于一般的较长α-螺旋, 观察到了C-端的散开. 对很短的聚丙氨酸肽链, 从焓上看310-螺旋明显比α-螺旋稳定, 然而熵效应不利于310-螺旋结构. 螺旋N2(N-端第二个残基)位上天冬氨酸侧链的加盖(Capping)效应明显使α-螺旋相对310-螺旋更加稳定. 因而, 在同样长度下α-螺旋比310-螺旋多的统计结果能够被理解. 另外, 最短的α-螺旋的C-端倾向于以β-转角结构结束.